致密砂巖油藏核磁共振T2截止值的確定及可動流體喉道下限
——以吳倉堡下組合長9油藏為例

吳長輝, 趙習(xí)森

(陜西延長石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院，陜西西安 710075)

致密砂巖油藏核磁共振T2截止值的確定及可動流體喉道下限
——以吳倉堡下組合長9油藏為例

吳長輝, 趙習(xí)森

(陜西延長石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院，陜西西安 710075)

為準(zhǔn)確測定吳倉堡長9油藏T2截止值及可動流體含量，在不同沉積相帶和取心井上，選取24塊巖樣進(jìn)行核磁共振測試。測試通過模擬地層壓力，加壓飽和水，建立飽和狀態(tài)；通過計算不同離心力下可動流體變化量，建立束縛水狀態(tài)。結(jié)果顯示，下組合長9致密砂巖油藏建立束縛水狀態(tài)的最佳離心力為417 psi，T2截止值為8.03～23.10 ms，平均值為11.97 ms；可動流體飽和度為16.27%～65.67%，平均為44.99%。結(jié)合巖心物性、離心力和測試結(jié)果綜合分析，滲透率與可動流體飽和度成對數(shù)相關(guān)；最佳離心力下，巖心可動流體喉道半徑為0.05 μm。

鄂爾多斯盆地；致密砂巖；T2截止值；核磁共振；可動流體

致密油屬非常規(guī)油氣資源，關(guān)于致密油的概念目前國內(nèi)外尚無統(tǒng)一定義[1]。為適應(yīng)中國非常規(guī)油氣資源發(fā)展的需要，根據(jù)中國油氣田的實際情況，致密油通常是指覆壓基質(zhì)滲透率小于0.2 mD或空氣滲透率小于2 mD的砂巖、碳酸鹽巖等油層，單井無自然產(chǎn)能，在一定經(jīng)濟(jì)條件和壓裂、水平井、多分支井等技術(shù)措施下可以獲得工業(yè)油產(chǎn)量[2]。鄂爾多斯盆地三疊系延長組儲集層成熟度低，成巖作用強(qiáng)，巖石顆粒細(xì)、分選差、膠結(jié)物含量高，儲集空間變化大，非均質(zhì)性強(qiáng)[3]，是中國典型的致密砂巖油藏發(fā)育區(qū)。近年來，長9湖泛期形成的砂體及油藏受到高度重視[4]，在伊陜斜坡、天環(huán)坳陷和渭北隆起構(gòu)造帶均獲得突破，說明長9油層組有望成為油田增儲上產(chǎn)的接替層系[5]。吳起油田吳倉堡區(qū)位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡中段，面積123.9 km2，探明地質(zhì)儲量3287.94×104t，開發(fā)層系以長9油層為主。李海儒[6]、雷俊杰[7]等對本地區(qū)的沉積體系、沉積特征、成巖作用和成藏條件等進(jìn)行了探索研究，為后續(xù)研究奠定了基礎(chǔ)。但在孔隙空間刻畫、流體賦存狀態(tài)及滲流特征等微觀層面的研究較少[8]。巖心可動流體飽和度反應(yīng)儲層流體的賦存狀態(tài)，是決定低滲透油氣田開發(fā)效果好壞的關(guān)鍵物性參數(shù)之一[9]，其測定的準(zhǔn)確與否，T2截止值的確定至關(guān)重要[10]。國內(nèi)外學(xué)者對儲層的T2截止值進(jìn)行了大量試驗研究[11-15]，對于中、高滲砂巖儲層，斯倫貝謝公司推薦使用33 ms作為T2截止值[16]；對于低滲透砂巖儲層，王為民等人推薦使用13 ms作為T2截止值[17]。為準(zhǔn)確測定吳倉堡長9油藏T2截止值及可動流體含量，本文通過模擬地層壓力加壓飽和水，使其飽和水狀態(tài)盡可能接近地層原始狀態(tài)，并通過離心力的不斷調(diào)整，建立最佳束縛水狀態(tài)，確保核磁共振測試結(jié)果準(zhǔn)確、適用。綜合樣品信息、試驗測試和結(jié)果，對本區(qū)長9油藏的可動流體含量、最佳離心力及喉道半徑下限進(jìn)行了分析、討論。

1 可動流體核磁共振測試原理

儲層巖石中礦物組成和孔隙結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，流體存在于多孔介質(zhì)中，被許多界面分割包圍，孔道形狀、大小不一，原子核與固體表面上順磁雜質(zhì)接觸的機(jī)會不一致等，使得各個原子核弛豫得到加強(qiáng)的幾率不等，所以巖石流體系統(tǒng)中原子核弛豫不能以單個弛豫時間來描述，而應(yīng)當(dāng)是一個分布，因此獲得了它們的弛豫時間T2分布就可以確定它們的物理性質(zhì)。

根據(jù)核磁共振快擴(kuò)散表面弛豫模型，對于固有弛豫時間較長的流體[18]，如輕質(zhì)油、水，孔隙流體表觀弛豫時間T2可近似表示為：

(1)

式中FS——孔隙幾何形狀因子，對于球狀孔隙，F(xiàn)S=3，對于柱狀喉道，F(xiàn)S=2；

r——孔隙半徑，μm；

ρ2——表面弛豫強(qiáng)度，取決于孔隙表面性質(zhì)和礦物組成，對于同一塊巖石，ρ2可看作一個常數(shù)。

由此可知，T2可以反應(yīng)巖石孔喉分布情況，r越大，T2越大；r越小，則T2越小。當(dāng)r小到一定程度時，孔隙中的流體受到較大的流動阻力而難以流動，在T2譜上，該半徑r對應(yīng)的弛豫時間T2稱為T2截止值。該值將賦存在巖石孔隙中的流體分為可動流體和束縛流體，可動流體飽和度即為可動流體占總賦存流體的比值，反映了巖石孔隙中可動流體的含量[19]。

2 試驗材料與方法

2.1 儀器與巖心樣品

試驗采用巖心專用離心機(jī)及低場核磁共振巖心分析儀，主要測試參數(shù)為：共振頻率2MHz，回波時間0.3ms，恢復(fù)時間6000ms，回波數(shù)1024，信噪比控制在30∶1以上，T2譜擬合點數(shù)100。

根據(jù)吳倉堡區(qū)取心井分布，在全區(qū)選取5口井24塊樣品進(jìn)行測試，其中3口井位于水下分流河道相，砂體厚度大，分選好；2口井位于河道側(cè)翼，砂體薄，分選差，泥質(zhì)含量高。孔隙度分布在3.29%～15.54%，平均為9.28%；滲透率分布在0.01～3.99 mD，平均為0.60 mD(表1)。

表1 樣品規(guī)格及物性

續(xù)表

2.2 試驗設(shè)計與步驟

采用離心試驗方法標(biāo)定T2截止值時，需要首先建立飽和水狀態(tài)和束縛水狀態(tài)[19]。本次試驗?zāi)M地層壓力，加壓18 MPa進(jìn)行飽和水，建立飽和水狀態(tài)。參考楊平[20]離心力試驗，本次試驗分別用21、42、104、209、300、417 psi的離心力對巖樣連續(xù)進(jìn)行高速離心，建立束縛水狀態(tài)。

其具體試驗步驟和方法如下：

(1)鉆取直徑為2.5 cm的柱塞巖樣，并將兩端取齊、取平，洗油后將巖樣置于85℃真空干燥箱中干燥至恒重，稱巖樣干重，測量長度和直徑。

(2)測量巖樣氣測滲透率。

(3)巖樣抽真空12 h以上，模擬地層壓力加壓18 MPa飽和水，稱濕重計算孔隙度。

(4)將飽和水的巖樣置于低磁場核磁共振巖心分析儀，進(jìn)行核磁共振T2測試，并反演計算出T2弛豫時間譜。

(5)分別用21、42、104、209、300、417 psi的離心力對巖樣連續(xù)進(jìn)行高速離心，每次離心后稱重并進(jìn)行核磁共振T2測試，測量參數(shù)與步驟(4)相同。

3 試驗結(jié)果分析與討論

3.1 核磁共振T2截止值標(biāo)定

如圖1所示，同一巖心樣品經(jīng)不同離心力脫水后，得到的T2弛豫時間譜不同。

用不同離心力下脫去可動水后的巖心T2譜計算累積T2信號量，并在飽和水狀態(tài)巖心的T2累計分布圖上找一點，使其左邊的累積T2信號量與脫去可動水后的總累積T2信號量相等，那么該點對應(yīng)的T2值即為當(dāng)前離心力下的T2截止值。因此最佳離心力即最佳束縛水狀態(tài)的建立至關(guān)重要。據(jù)前人研究，當(dāng)離心力逐漸增大時，若巖心內(nèi)含水飽和度的變化量在3%以內(nèi)，則可認(rèn)為該離心力為最佳[19-20]。

圖1 12.1號巖心不同離心力下的T2譜-W37井

根據(jù)巖心核磁共振T2譜面積可以得到不同狀態(tài)含水飽和度的變化量，可以看出，當(dāng)離心力從21 psi增加到417 psi時，每次離心巖心含水飽和度都有一定幅度的減小。但當(dāng)離心力從300 psi增加到417 psi時，巖心含水飽和度變化幅度降低1.9%，小于3.0%。因此，鄂爾多斯下組合致密砂巖巖樣最佳離心力為417 psi。

利用飽和狀態(tài)下的核磁共振T2譜和417 psi離心后的T2譜，得到24塊巖心的可動流體T2截止值范圍為8.03～23.10 ms，平均值為11.97 ms。

3.2 可動流體含量

根據(jù)飽和水狀態(tài)和離心后束縛水狀態(tài)下的核磁共振T2譜，計算各試驗樣品的可動流體飽和度為16.27%～65.67%，平均為44.99%。其高于吉林、大慶外圍超低滲透儲層[21]，表明吳倉堡長9致密砂巖儲層可動流體飽和度含量相對較高，開發(fā)潛力好。

統(tǒng)計24塊樣品孔滲與可動流體飽和度的關(guān)系，如圖2所示，可動流體飽和度與孔隙度的相關(guān)性差，與滲透率的相關(guān)性好?？蓜恿黧w飽和度表征的是孔隙中流體的可動用性，依賴于孔隙間的連通性；滲透率能較好地表征孔隙間的連通性。連通性好的巖心，滲透率相對較大，可動流體飽和度含量較高。

表2 24塊樣品可動流體飽和度統(tǒng)計

圖2 致密砂巖樣品可動流體飽和度與孔隙度、滲透率的關(guān)系

3.3 喉道半徑下限

核磁共振T2分布與毛細(xì)管壓力曲線都反映巖石的孔隙結(jié)構(gòu)，二者之間存在著必然的相關(guān)性[4-5]。T2截止值所對應(yīng)的最佳離心力，可近似看作毛管力，對于氣、水兩相系統(tǒng)，界面張力σ=0.72×10-3N/cm，接觸角θ=0；根據(jù)毛管力公式PC=2σcosθ/r可得到不同離心力下對應(yīng)的巖心喉道半徑r值。本次試驗的離心力分別為21、42、104、209、300、417psi，對應(yīng)的喉道半徑r為0.05、0.07、0.10、0.20、0.50、1.00 μm。最佳離心力為417 psi，對應(yīng)砂巖樣品的可動流體喉道下限為0.05 μm。

4 結(jié)論

(1)建立束縛水狀態(tài)的最佳離心力為417 psi。利用飽和水狀態(tài)和束縛水狀態(tài)的核磁T2譜，得到24塊頁巖樣品的可動流體T2截止值分布在8.03～23.10 ms，平均值為11.97 ms。

(2) 根據(jù)飽和水狀態(tài)和束縛水狀態(tài)的核磁T2譜，可以計算各試驗樣品的可動流體飽和度，其可動流體飽和度分布為16.27%～65.67%，平均為44.99%?？蓜恿黧w飽和度含量相對較高，高于吉林、大慶外圍超低滲透儲層。

(3)可動流體飽和度與孔隙度的相關(guān)性差，與滲透率的相關(guān)性好?？蓜恿黧w飽和度表征的是孔隙中流體的可動用性，依賴于孔隙間的連通性，滲透率能較好地表征孔隙間的連通性。連通性好的巖心，滲透率相對較大，可動流體飽和度含量較高。

(4)結(jié)合毛管力公式，初步確立儲層可動流體喉道下限試驗標(biāo)準(zhǔn)為0.05 μm。

[1] 姚涇利,鄧秀芹,趙彥德,等.鄂爾多斯盆地延長組致密油特征[J].石油勘探與開發(fā),2013,40(2):150-158.

[2] 匡立春,唐勇,雷德文,等準(zhǔn)噶爾盆地二疊系咸化湖相云質(zhì)巖致密油形成條件與勘探潛力[J].石油勘探與開發(fā),2012,39(6):657-667.

[3] 王道富,付金華,雷啟鴻,等.鄂爾多斯盆地低滲透油氣田勘探開發(fā)技術(shù)與展望[J].巖性油氣藏,2007,19(3):126-130.

[4] 喻建,楊亞娟,杜金良.鄂爾多斯盆地晚三疊世延長組湖侵期沉積特征[J].石油勘探與開發(fā),2010,37(2):181-187.

[5] 龐軍剛,王桂成,石勇,等.吳起王洼子地區(qū)長9致密砂巖油藏成藏條件及勘探突破[J].巖性油氣藏,2015,27(1):32-38.

[6] 李海儒.吳起油田吳倉堡油區(qū)長6和長9油藏描述[D].西安:西安石油大學(xué),2013.

[7] 雷俊杰.吳倉堡油田長91油藏地質(zhì)特征研究及開發(fā)前景預(yù)測[D].西安:西安石油大學(xué),2011.

[8] 石彬,陳芳萍,王艷,等.鄂爾多斯盆地延長組下組合儲層評價與有效開發(fā)技術(shù)策略[J].非常規(guī)油氣,2016,3(3):80-86.

[9] 王為民,郭和坤,葉朝輝.利用核磁共振可動流體評價低滲透油田開發(fā)潛力[J].石油學(xué)報,2001,22(6):40-44.

[10] 孫建孟,李召成,耿生臣,等.核磁共振測井T2cutoff確定方法探討[J].測井技術(shù),2001,25(3):175-177.

[11] SONDERGELD C H, AMBEROSE R J, RAI C S, etal. Micro-structural studies of gas shales[J]. SPE 131771,2010.

[12] CURTIS M E, AMBROSE R J, SONDERGELD C H, etal. Structural characterization of gai shales on the micrion-and nano-scales[J]. SPE 137693, 2010.

[13] YAKOV V, LOOYESTIJNW J, SLIJKERMAN W F J, et a1. A practical ap—proach to obtain primary drainage capillary pressure curVes from NMR core and log data[J]. Petrophysics, 2001, 42(4):334-343.

[14] 何雨丹,毛志強(qiáng),肖立志,等.利用核磁共振T2分布構(gòu)造毛管壓力曲線的新方法[J].吉林大學(xué)學(xué)報(地球科學(xué)版),2005,35(2):177-181.

[15] 何雨丹,毛志強(qiáng),肖立志,等.核磁共振T2分布評價巖石孔徑分布的改進(jìn)方法[J].地球物理學(xué)報,2005,48(2):373-378.

[16] 王為民,葉朝輝,郭和坤.陸相儲層巖石核磁共振物理特征的試驗研究[J].波譜學(xué)雜志,2001,18(2):113-121.

[17] 肖立志.核磁共振成像測井與巖石核磁共振及其應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,1998.

[18] 周尚文,劉洪林,閆剛,等.中國南方海相頁巖儲層可動流體及T2截止值核磁共振研究[J].石油與天然氣地質(zhì),2016,37(4):612-616.

[19] 李海波.巖心核磁共振可動流體T2截止值試驗研究[D].廊坊:中國科學(xué)院滲流流體力學(xué)研究所,2008.

[20] 楊平,郭和坤,姜鵬,等.長慶超低滲砂巖儲層可動流體試驗[J].科技導(dǎo)報,2010,28(16):48-51.

[21] 楊正明,苗盛,劉先貴,等.特低滲透油藏可動流體百分?jǐn)?shù)參數(shù)及其應(yīng)用[J].西安石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2007,22(2):96-99.

[22] 孫欣華.鄂爾多斯盆地吳倉堡長9特低滲透儲層滲流特征研究[J].非常規(guī)油氣,2016,6(3):77-81.

[23] 運(yùn)華云,趙文杰,劉兵開,等.利用T2分布進(jìn)行巖石孔隙結(jié)構(gòu)研究[J].測井技術(shù),2002,26(1):18-21.

Determination ofT2Cut-off Value of Nuclear Magnetic Resonance in Tight Sandstone Reservoir and Lower Limit of Movable Fluid—A Case Study of Chang 9 Reservoir of Wucangbao Oilfield

Wu Changhui, Zhao Xisen

(ResearchInstituteofShaanxiYanchangPetroleum(Group)Co.,Ltd.,Xi＇an,Shaanxi710075,China)

In order to accurately determine theT2cutoff value and the movable fluid content in the reservoir of Chang 9, the nuclear samples of 24 rock samples were tested. The experiments reveal that the establishment of the core irreducible water state is crucial. The optimum centrifugal force is 417psi for the tight sandstone in the lower assemblage of Chang 9. TheT2cutoff values between 8.03 ms and 20.03 ms, averaging at 11.92 ms. The result of movable fluid ranges between 16.27% and 66.08%, averaging at 44.92%. The permeability is logarithmically related to the saturation of the movable fluid. Combined with the capillary force formula, the initial experimental standard for the determination of the lower limit movable fluid roar in the reservoir is 0.05 μm.

Ordos Basin; tight sandstone;T2cut-off; NMR; movable fluid

陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新項目“延長難采儲量有效動用開發(fā)技術(shù)研究”(2016KTCL01-12)資助。

吳長輝(1983—)，男，工程師，主要從事油氣田開發(fā)方面的工作。郵箱：233685484@qq.com.

T312

A